微机械陀螺闭环检测设计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微机械陀螺闭环检测设计方法和装置，首先根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案；然后根据不可控因素水平表对每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值；进一步计算每一个外表试验的性能评价值，计算每一个内表试验方案的信噪比；最后根据每一个内表试验方案的信噪比，计算可控因素水平表各因素各水平情况下信噪比总和，确定最优化的内表试验方案。本发明专利技术通过可控因素水平表、不可控因素水平表设计试验，降低了试验次数和控制器参数设计复杂度，保证闭环检测的稳定性，使系统性能在全温范围均值最大，提高闭环检测的性能，具有很好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
微机械陀螺闭环检测设计方法和装置
本专利技术涉及微机械陀螺
，特别是涉及一种微机械陀螺闭环检测设计方法和装置。
技术介绍
微机械陀螺是一种用来测量角速度的惯性器件，具有体积小、重量轻、功耗低、抗过载能力强、易于集成和智能化等优点，因此，微机械陀螺可广泛应用于汽车牵引控制系统、行驶稳定系统、摄像机稳定系统、飞机稳定系统、以及军事等领域，相关的研究备受国内外的关注和重视。硅基微机械陀螺的研究开始于20世纪80年代末，经过二十余年的发展已经取得了显著的成果，目前已经有多家公司或研究机构提供基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)技术的微机械陀螺产品，其性能也在不断地改善。根据不同的性能指标，陀螺可以分为三个等级：惯性级、战术级和角速度级。角速度级MEMS陀螺作为消费电子类产品主要用在手机、游戏机、无线鼠标、数码相机、硬盘保护器、智能玩具、防盗系统等产品中。战术级MEMS陀螺作为工业级产品，则主要用于汽车ESP(ElectronicStabilityProgram，车身电子稳定系统)、汽车安全气囊、汽车/轮船/飞机GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)导航系统、医疗设备、机器人、仪器仪表等。惯性级MEMS陀螺作为军用级产品，主要用于通讯卫星、光学瞄准系统、航天飞机/导弹飞行控制、姿态控制、偏航控制、中远程导弹制导等。近年来，模态匹配和高真空封装成为研究的热点。模态匹配可以极大提高结构的机械灵敏度，而高真空封装可以提高品质因子Q值，因此，模态匹配和高Q值设计可以极大地提高信噪比，改善零偏稳定性等，从而使陀螺性能更易于达到战术级水平。对于MEMS陀螺来说，其机械灵敏度和带宽是互相矛盾的，因此在检测开环情况下只能在两者之间折中。高真空封装模态匹配陀螺，虽然信噪比提高了，零偏稳定性能达到较高的水平，但是带宽很低(甚至只有1Hz以下)，导致MEMS陀螺的应用范围会受到很大限制。另一方面，检测模态力平衡闭环控制技术能够克服上述技术存在的问题，其主要优点在于：(1)延展陀螺带宽；(2)增大量程；(3)改善陀螺的标度因子非线性；(4)提高抗振动冲击能力。因此，进行检测力平衡控制对于促进MEMS陀螺产业化具有重要意义。现有H∞鲁棒控制应用于轮式MEMS陀螺的检测闭环控制系统，如图1所示，其中θ(s)为旋转角度，为输入角速度，Iint为输入积分矩阵，β(s)为输出反馈向量，μ(s)为动态控制误差，u为鲁棒控制输出向量，K(s)为鲁棒控制器，Gop(s)为被控对象，y11，y12，y13为鲁棒性能评估的输出向量，W1(s)，W2(s)，W3(s)分别为动态控制误差、控制器输出和输出反馈向量的加权函数。鲁棒控制器设计的核心是根据W1(s)，W2(s)，W3(s)三个加权函数来调整控制器参数，以保证控制系统的稳定性不受被控对象参数变化而影响。因为被控对象Gop(s)受加工误差或环境应力因素影响较大，因此加权函数要根据被控对象参数的变化来选取。专利技术人发现现有技术中存在如下问题：上述鲁棒控制方法的理论和电路实现非常复杂，需要大量的计算；鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础进行控制研究，鲁棒控制器只保证了闭环系统稳定性，而不一定能保证系统的性能达到最佳。
技术实现思路
基于上述情况，本专利技术提出了一种微机械陀螺闭环检测设计方法，简单、准确，保证闭环检测的稳定性，提高闭环检测的性能，具有很高的应用价值。为了实现上述目的，本专利技术技术方案的实施例为：一种微机械陀螺闭环检测设计方法，包括以下步骤：根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案，所述可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的闭环控制器的可控因素制定；根据不可控因素水平表对得到的每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的微机械陀螺闭环检测系统的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值，所述不可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的不可控因素制定；根据所述相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值求得每一个外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值；当外表试验完毕后，根据求得的各外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值，计算每一个内表试验方案的信噪比；当各内表试验方案进行外表试验后，根据得到的每一个内表试验方案的信噪比，计算所述可控因素水平表各因素各水平情况下对应的信噪比总和，根据所述信噪比总和确定最优化的内表试验方案。针对现有技术问题，本专利技术还提出了一种微机械陀螺闭环检测设计装置，改善现有闭环检测实现复杂、不能保证系统性能的现状，适合应用。本专利技术技术方案的实施例为：一种微机械陀螺闭环检测设计装置，包括：内表试验模块，用于根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案，所述可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的闭环控制器的可控因素制定；外表试验模块，用于根据不可控因素水平表对得到的每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的微机械陀螺闭环检测系统的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值，所述不可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的不可控因素制定；性能评价模块，用于根据所述相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值求得每一个外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值；信噪比计算模块，用于当外表试验完毕后，根据求得的各外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值，计算每一个内表试验方案的信噪比；方案确定模块，用于当各内表试验方案进行外表试验后，根据得到的每一个内表试验方案的信噪比，计算所述可控因素水平表各因素各水平情况下对应的信噪比总和，根据所述信噪比总和确定最优化的内表试验方案。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术微机械陀螺闭环检测设计方法和装置，通过可控因素水平表、不可控因素水平表设计试验，降低了试验次数和控制器参数设计复杂度，提高设计效率，保证闭环检测的稳定性；只针对闭环检测系统的闭环控制器的可控因素进行试验设计，闭环控制器的数学模型不变，降低闭环控制器的实现难度；根据闭环检测系统的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值来评价系统性能，使系统性能在全温范围均值最大，提高闭环检测的性能，具有很好的应用价值。附图说明图1为现有H∞鲁棒控制应用于轮式MEMS陀螺的检测闭环控制系统示意图；图2为一个实施例中微机械陀螺闭环检测设计方法流程图；图3为基于图2所示方法一个具体示例中微机械陀螺闭环检测设计方法流程图；图4为基于调制解调的窄带力平衡闭环检测系统示意图；图5为一个实施例中微机械陀螺闭环检测设计装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。一个实施例中微机械陀螺闭环检测设计方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤S201：根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案，所述可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的闭环控制器的可控因素制定；步骤S202：根据不可控因素水平表对得到的每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的微机械陀螺闭环检测系统的相位裕量、幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案，所述可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的闭环控制器的可控因素制定；根据不可控因素水平表对得到的每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的微机械陀螺闭环检测系统的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值，所述不可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的不可控因素制定；根据所述相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值求得每一个外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值；当外表试验完毕后，根据求得的各外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值，计算每一个内表试验方案的信噪比；当各内表试验方案进行外表试验后，根据得到的每一个内表试验方案的信噪比，计算所述可控因素水平表各因素各水平情况下对应的信噪比总和，根据所述信噪比总和确定最优化的内表试验方案。

【技术特征摘要】
1.一种微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验，得到各内表试验方案，所述可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的闭环控制器的可控因素制定；根据不可控因素水平表对得到的每一个内表试验方案进行外表试验，得到相应的微机械陀螺闭环检测系统的相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值，所述不可控因素水平表根据微机械陀螺闭环检测系统的不可控因素制定；根据所述相位裕量、幅度裕量、开环增益和带宽值求得每一个外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值；当外表试验完毕后，根据求得的各外表试验的微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值，计算每一个内表试验方案的信噪比；当各内表试验方案进行外表试验后，根据得到的每一个内表试验方案的信噪比，计算所述可控因素水平表各因素各水平情况下对应的信噪比总和，根据所述信噪比总和确定最优化的内表试验方案；所述微机械陀螺闭环检测系统的性能评价值通过性能评价函数得到，所述性能评价函数的表达式为：其中R、AM和BW分别表示微机械陀螺闭环检测系统的模糊可靠度、开环增益和带宽值，b1、b2表示权重因子，b1+b2＝1，AM0和BW0分别表示微机械陀螺闭环检测系统期望设计的最大开环增益和带宽值，所述模糊可靠度根据所述相位裕量、幅度裕量，利用预设规则计算得到。2.根据权利要求1所述的微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，在所述根据可控因素水平表挑选各因素各水平情况下的方案进行试验之前，还包括步骤：按照预设算法将所述可控因素水平表转化为正交设计试验表。3.根据权利要求1或2所述的微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，在所述确定最优化的内表试验方案之后，还包括步骤：验证分析所述最优化的内表试验方案的正确性。4.根据权利要求3所述的微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，所述最优化的内表试验方案为信噪比总和最大的内表试验方案。5.根据权利要求1所述的微机械陀螺闭环检测设计方法，其特征在于，所述信噪比的表达式为：其中表示性能评价函数y的平均值，V表示性能评价函数y的方差。6.一种微机械陀螺闭环检测设计装置，其特征在于，包括：内...

【专利技术属性】
技术研发人员：何春华，黄钦文，何小琦，王蕴辉，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44